Color Teoría
Luz y materia
La comprensión moderna del color se originó en el descubrimiento de la naturaleza espectral de la luz por parte de Isaac Newton en el siglo XVII. Los famosos experimentos de Newton demostraron que la luz consiste en energía de diferentes longitudes de onda. Ahora sabemos que el ojo es sensible a una amplia banda de longitudes de onda en el rango aproximado de 350 a 750 nm. El espectro visible representa solo una pequeña fracción del espectro electromagnético completo. Dentro del espectro visible, ciertas longitudes de onda dan lugar a ciertas sensaciones visuales. Por ejemplo, las longitudes de onda más cortas se perciben como violeta y azul.
Cuando la luz incide sobre una superficie, pueden ocurrir dos cosas:
(i) el cambio en el índice de refracción puede hacer que la superficie refleje la luz y esta luz reflejada en la superficie se denomina reflexión especular;
(ii) la luz que no se refleja en la superficie puede penetrar el cuerpo del material, aunque a medida que atraviesa la superficie, el cambio en el índice de refracción hará que la luz se refracte.
La luz puede atravesar completamente un material, en cuyo caso decimos que ha sido transmitida. Alternativamente, la luz puede ser absorbida por el material o puede dispersarse. La luz que se dispersa o se refleja eventualmente puede salir por la parte delantera, trasera o lateral del material.
Los materiales pueden absorber la luz de acuerdo con una serie de mecanismos que incluyen vibraciones y rotaciones atómicas, efectos de campo de ligando, orbitales moleculares y transferencia de carga. Es muy frecuente que cantidades específicas de luz (energía) sean absorbidas por un material específico y, por lo tanto, las propiedades de absorción de luz de los materiales suelen ser selectivas en cuanto a la longitud de onda.
La energía que es absorbida por las moléculas puede disiparse como energía cinética y térmica, pero a veces la energía puede volver a emitirse. La fluorescencia y la fosforescencia son fenómenos que resultan de la reemisión de energía luminosa absorbida: en ambos casos, la energía reemitida tiene una longitud de onda más larga que la luz originalmente absorbida.
Cuando la luz incide sobre las partículas, puede dispersarse. Cuando las partículas de dispersión son extremadamente pequeñas (del orden de 1000 nm), la luz se dispersa de acuerdo con una ley simple propuesta por Rayleigh: las longitudes de onda cortas se dispersan más que las longitudes de onda largas. Para partículas más grandes (del orden de 4000 nm y mayores), la cantidad de dispersión está de acuerdo con las ecuaciones de Fresnel: la cantidad de dispersión depende de la diferencia entre el índice de refracción de la partícula y del medio en el que se dispersa y esta diferencia es dependiente de la longitud de onda. Si la luz se dispersa uniformemente en todas las direcciones, esto se denomina dispersión isotrópica, pero rara vez es el caso. Las propiedades de absorción y dispersión de las partículas son complejas y existen varias teorías para describirlas, incluida la teoría de Kubelka-Munk.
Hay muchas razones por las que las sustancias aparecen coloreadas, pero para la mayoría de los materiales físicos se debe a que las propiedades de absorción y dispersión del material son diferentes para diferentes longitudes de onda de luz. Por lo tanto, una sustancia que parece amarilla puede hacerlo porque absorbe con mayor fuerza en la parte azul del espectro y se dispersa con mayor fuerza en las partes roja y verde del espectro. A menudo ocurre que un pigmento dispersa la luz de manera más eficiente en una región del espectro mientras tiene su banda de absorción principal en otra. Esto explica por qué las películas de colores translúcidas y transparentes pueden tener diferentes matices cuando se ven reflejadas en lugar de luz transmitida.
Color Visión
El color es algo más que una propiedad de los objetos y, sin embargo, esto es contrario a la forma en que usamos el color en el lenguaje cotidiano. La asociación del color con los objetos en nuestro lenguaje, que se ve en declaraciones como "este objeto es rojo", es engañosa porque es innegable que el color que percibimos existe solo en el cerebro.
Comúnmente se afirma que la visión del color es el resultado de la naturaleza del mundo físico, la respuesta fisiológica del ojo (más estrictamente la retina) a la luz y el procesamiento neural de la respuesta retinal por parte del cerebro. La identificación de tres procesos separados de esta manera es probablemente artificial y hace poca justicia a la naturaleza compleja de la percepción del color, pero la idea es útil y atractiva; resulta que el número “tres” tiene una asociación casi mágica con la visión del color.
Casi todo el interior del globo ocular de forma esférica está revestido con una capa de células fotosensibles conocidas colectivamente como la retina y es esta estructura el órgano sensorial de la visión. El globo ocular, aunque no es una hazaña de ingeniería en sí misma, es simplemente una estructura para albergar la retina y proporcionarle imágenes nítidas del mundo exterior. La luz entra en el ojo a través de la córnea y el iris y luego pasa a través del cristalino antes de llegar a la retina. La retina recibe una pequeña imagen invertida del mundo exterior que es enfocada conjuntamente por la córnea y el cristalino. El cristalino cambia de forma para lograr el enfoque pero se endurece con la edad por lo que gradualmente perdemos nuestro poder de acomodación. El ojo es capaz de adaptarse parcialmente a diferentes niveles de iluminación ya que el iris puede cambiar de forma para proporcionar un agujero central con un diámetro entre 2 mm (para luz brillante) y 8 mm (para luz tenue).
La retina traduce la luz en señales nerviosas y consta de tres capas de cuerpos de células nerviosas. Sorprendentemente, las células fotosensibles, conocidas como bastones y conos, forman la capa de células en la parte posterior de la retina. Por lo tanto, la luz debe atravesar las otras dos capas de células para estimular los bastones y los conos. Las razones de este diseño inverso de la retina no se comprenden completamente, pero una posibilidad es que la posición de las células sensibles a la luz en la parte posterior de la retina permita que las células inmediatamente detrás de la retina se ocupen de cualquier luz perdida no absorbida. contienen un pigmento negro conocido como melanina. Las células que contienen melanina también ayudan a restaurar químicamente el pigmento visual sensible a la luz en los bastones y conos después de haber sido blanqueado por la luz.
La capa media de la retina contiene tres tipos de células nerviosas: células bipolares, células horizontales y células amacrinas. La conectividad de los bastones y conos con estos tres conjuntos de células es compleja, pero las señales finalmente pasan al frente de la retina y a la tercera capa de células conocidas como células ganglionares de la retina. Los axones de las células ganglionares de la retina se juntan en un haz y salen del ojo para formar el nervio óptico. El diseño hacia atrás de la retina significa que el nervio óptico debe atravesar la retina para salir del ojo y esto da como resultado el llamado punto ciego.
Los bastones y conos contienen pigmentos visuales. Los pigmentos visuales son muy parecidos a cualquier otro pigmento en el sentido de que absorben la luz y tienen sensibilidades de absorción que dependen de la longitud de onda. Los pigmentos visuales tienen una propiedad especial, sin embargo, cuando un pigmento visual absorbe un fotón de luz cambia la forma molecular y al mismo tiempo libera energía. El pigmento en esta forma molecular cambiada absorbe la luz menos que antes y, por lo tanto, a menudo se dice que ha sido blanqueado. La liberación de energía por parte del pigmento y el cambio de forma de la molécula hacen que la célula se dispare, es decir, libere una señal eléctrica, por un mecanismo que aún no se comprende por completo.
Los bastones son sensibles a niveles muy bajos de iluminación y son responsables de nuestra capacidad de ver con poca luz (visión escotópica). Contienen un pigmento con una sensibilidad máxima de unos 510 nm, en la parte verde del espectro. El pigmento de varilla a menudo se llama púrpura visual ya que cuando los químicos lo extraen en cantidades suficientes, el pigmento tiene una apariencia púrpura. La visión escotópica carece por completo de color; una sola función de sensibilidad espectral es daltónica y, por lo tanto, la visión escotópica es monocromática.
La visión del color la proporcionan los conos, de los cuales hay tres clases distintas, cada una de las cuales contiene un pigmento fotosensible diferente. Los tres pigmentos tienen absorciones máximas a aproximadamente 430, 530 y 560 nm y los conos a menudo se denominan "azul", "verde" y "rojo". Los conos no reciben su nombre por la apariencia de los pigmentos del cono, sino por el color de la luz al que los conos son óptimamente sensibles. Esta terminología es desafortunada ya que las luces monocromáticas a 430, 530 y 560 nm no son azul, verde y rojo respectivamente, sino violeta, azul verdoso y amarillo verdoso. El uso de conos de longitud de onda corta, media y larga es una nomenclatura más lógica.
La existencia de tres funciones de sensibilidad espectral proporciona una base para la visión del color, ya que la luz de cada longitud de onda dará lugar a una proporción única de respuestas de cono de longitud de onda corta, media y larga. Por lo tanto, los conos nos proporcionan una visión del color (visión fotópica) que puede distinguir cambios de longitud de onda notablemente finos.
El ojo no puede enfocarse simultáneamente en las tres regiones del espectro donde las absorciones del pigmento cónico alcanzan su punto máximo, ya que la refracción en la córnea y el cristalino es mayor para longitudes de onda cortas que para longitudes de onda largas. Así, se dice que el ojo no se corrige para la aberración cromática. Los picos de longitud de onda media y larga están bastante juntos y, por lo tanto, la lente enfoca de manera óptima la luz de aproximadamente 560 nm en la retina. Dado que los conos de longitud de onda corta reciben una imagen ligeramente borrosa, no es necesario proporcionar la misma resolución espacial que proporcionan los otros dos conjuntos de conos. La retina contiene aproximadamente 40 conos de longitud de onda larga y 20 conos de longitud de onda media por cada cono de longitud de onda corta.
Los bastones y conos no están distribuidos uniformemente en la retina. La parte central de la retina, la fóvea, contiene solo conos mientras que a mayores excentricidades hay una mayor preponderancia de bastones. En la fóvea, los conos están densamente empaquetados y es esta parte de la retina la que proporciona la mayor resolución espacial en condiciones normales de visualización.
Dado que la retina contiene cuatro tipos diferentes de receptores, se podría pensar que las vías neuronales llevarían cuatro señales diferentes al cerebro y, más precisamente, a la corteza visual primaria que se encuentra en la parte posterior y posterior del cerebro. Sin embargo, generalmente se cree que la información de color está codificada por las estructuras neurales retinianas y post-retinianas como solo tres tipos de señales que a menudo se denominan "canales".
La idea de "canales" en el cerebro es fundamental para la forma en que el funcionamiento del cerebro puede verse como una tarea de procesamiento de información o señales. Un canal es una ruta de procesamiento conceptual y, por lo tanto, para el sistema visual podemos decir que la información de los conos se procesa en tres canales separados. Recordando que la percepción del color es solo una función del sistema visual, existen otros canales que se encargan de proporcionar otra información sobre el mundo exterior que permite la percepción de la forma, el movimiento y la distancia, por ejemplo. La existencia de canales para el procesamiento de la información del color ayuda a explicar las dos teorías contradictorias de la visión del color que prevalecieron durante el siglo XIX: la teoría tricromática y la teoría de los colores oponentes.
La teoría tricromática fue postulada por Young y más tarde por Helmholtz y se basó en experimentos de combinación de colores realizados por Maxwell. Los experimentos de Maxwell demostraron que la mayoría de los colores se pueden combinar superponiendo tres fuentes de luz separadas conocidas como primarias; un proceso conocido como mezcla aditiva. Aunque cualquier fuente de luz podría usarse como primaria, el uso de fuentes de radiación monocromáticas permite obtener la más amplia gama de colores mediante mezcla aditiva. La teoría de la visión del color de Young-Helmholtz se basó en la suposición de que había tres clases de receptores, aunque no se obtuvieron pruebas directas de esto hasta 1964, cuando se obtuvieron grabaciones microespectrofotópicas de células de un solo cono. Se entiende firmemente que las raíces de la tricromacia se encuentran en la etapa receptora de la visión del color. Es importante darse cuenta de que un estímulo amarillo producido por la mezcla aditiva de luces rojas y verdes apropiadas no se corresponde simplemente con la luz amarilla monocromática, sino que es indistinguible de ella. Por lo tanto, la naturaleza tricromática de la visión es esencial para el funcionamiento de muchos procesos de reproducción del color, como la televisión, la fotografía y la impresión en tres colores.
La teoría de los colores opuestos de la visión del color, propuesta por Hering, aparentemente contradice la teoría tricromática de Young-Helmholtz. Se avanzó para explicar varios fenómenos que no podían explicarse adecuadamente por la tricromacia. Ejemplos de tales fenómenos son el efecto de imagen posterior (si el ojo se adapta a un estímulo amarillo, la eliminación del estímulo deja una sensación o efecto posterior azul) y el hecho no intuitivo de que una mezcla aditiva de luz roja y verde da amarillo y no un verde rojizo. Hering propuso que el amarillo-azul y el rojo-verde representen señales del oponente; esto también ayudó a explicar por qué había cuatro colores primarios psicofísicos, rojo, verde, amarillo y azul, y no solo tres. Hering también propuso una oposición entre blancos y negros, pero este tercer canal de oposición ha sido abandonado en la mayoría de las versiones modernas de la teoría. Ahora se acepta que tanto la teoría tricromática como la teoría de los colores oponentes describen las características esenciales de nuestra visión del color y la última teoría describe las cualidades perceptivas de la visión del color que se derivan del procesamiento neural de las señales del receptor en dos canales cromáticos oponentes y un canal acromático. canal.
Los atributos perceptivos brillo, tonalidad y colorido han sido definidos por el profesor RWG Hunt de la siguiente manera: Brillo: atributo de una sensación visual según la cual un área parece exhibir más o menos luz. Matiz: atributo de una sensación visual según el cual un área parece ser similar a uno, o proporciones de dos, de los colores percibidos rojo, amarillo, verde y azul. colorido: atributo de una sensación visual según la cual un área parece exhibir más o menos de su tono.
CIE Color Especificación
La mezcla de colores aditivos se refiere a la mezcla de luces de diferentes colores y se puede demostrar fácilmente mediante la superposición de luces (primarias) en una pantalla de proyección blanca. Cuando esto se hace usando colores primarios rojo, verde y azul, los colores amarillo, cian y magenta se producen donde dos de los colores primarios se superponen. Cuando los tres primarios se superponen, se produce la sensación de blanco si se eligen cuidadosamente las distribuciones espectrales y las intensidades de los tres primarios.
En 1931, la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) desarrolló un sistema para especificar estímulos de color utilizando valores triestímulo para tres primarios imaginarios. La base de este sistema fue el observador estándar CIE 1931.
De acuerdo con la teoría tricromática de la visión del color, un observador puede igualar un estímulo de color con una mezcla aditiva de tres colores primarios. Por lo tanto, cualquier estímulo de color puede especificarse por las cantidades de primarios que un observador usaría para igualar el estímulo. El observador estándar CIE es el resultado de experimentos en los que se pidió a los observadores que igualaran longitudes de onda monocromáticas de luz con mezclas de tres primarias. El observador estándar es, de hecho, una tabla que muestra cuánto de cada primario se usaría (por un observador promedio) para igualar cada longitud de onda de luz. Los valores triestímulo son las cantidades de tres primarios que especifican un estímulo de color. Los valores triestímulo CIE 1931 se denominan X, Y y Z.
Es imposible elegir tres colores primarios reales de modo que todos los colores posibles puedan combinarse con mezclas aditivas de esos colores primarios. Por lo tanto, en un sistema de reproducción de color aditivo real, como la televisión en color, solo se puede mostrar una gama limitada de colores. En 1931, cuando se especificó el sistema CIE, se decidió utilizar tres primarios imaginarios de modo que los valores triestímulos X, Y y Z, fueran siempre positivos para todos los estímulos de color reales. El concepto de primarios imaginarios es complejo pero no es estrictamente necesario comprender este concepto para comprender y utilizar el sistema CIE de especificación de color. De hecho, la CIE podría haber utilizado tres primarios reales, como las luces roja, verde y azul, en cuyo caso los valores de triestímulo estarían representados por R, G y B.
Hubo varias razones para la adopción de primarias imaginarias. En primer lugar, se eligieron los primarios de forma que X, Y y Z fueran positivos para todos los estímulos reales posibles. Aunque esto podría no parecer particularmente importante hoy en día, la eliminación de los valores triestímulo negativos fue una consideración importante en los días previos a la computadora. En segundo lugar, los primarios imaginarios se eligieron de manera que el valor triestímulo Y fuera directamente proporcional a la luminancia de la mezcla aditiva. En tercer lugar, X=Y=Z para una coincidencia con el estímulo de equi-energía SE (un estímulo que tiene la misma luminancia en cada longitud de onda).
Los valores de triestímulo se pueden calcular si se conoce el espectro de reflectancia de una muestra. El espectro de reflectancia se puede medir utilizando un espectrofotómetro de reflectancia.
Los valores de triestímulo CIE XYZ se pueden calcular mediante la integración de los valores de reflectancia R(yo), las distribuciones de energía espectral relativas del iluminante E(yo), y las funciones de observador estándar x(yo), y(yo) y z(yo). La integración se aproxima por sumatoria, así:
X = 1/k ∑ R(yo) mi(yo) X(yo),
Y = 1/k ∑ R(yo) mi(yo) y(yo),
Z = 1/k ∑ R(yo) mi(yo) z(yo),
donde k = ∑ mi(yo) y(yo) y yo = longitud de onda.
El factor de normalización 1/k se introduce de manera que Y = 100 para una muestra que refleja 100% en todas las longitudes de onda: recuerde que Y es proporcional a la luminancia del estímulo. La introducción de esta normalización es conveniente ya que significa que se pueden usar distribuciones de energía espectral relativas, en lugar de absolutas, para el iluminante (por lo tanto, las unidades en las que se expresan no son importantes).
Hay dos tipos principales de instrumentos que se utilizan para medir el color de superficies opacas: espectrofotómetros de reflectancia y colorímetros. Los espectrofotómetros de reflectancia miden la cantidad de luz reflejada por una muestra en muchos intervalos de longitud de onda de banda estrecha, lo que da como resultado un espectro de reflectancia. Por el contrario, los colorímetros triestímulo emplean tres filtros de banda ancha para obtener tres números que pueden convertirse directamente en valores triestímulo.
Los espectrofotómetros de reflectancia miden la cantidad de luz reflejada por una superficie en función de la longitud de onda para producir un espectro de reflectancia. El espectro de reflectancia de una muestra se puede utilizar, junto con la función de observador estándar CIE y la distribución de energía espectral relativa de un iluminante, para calcular los valores triestímulo CIE XYZ para esa muestra bajo ese iluminante.
El funcionamiento de un espectrofotómetro es básicamente iluminar la muestra con luz blanca y calcular la cantidad de luz que refleja la muestra en cada intervalo de longitud de onda. Por lo general, los datos se miden para 31 intervalos de longitud de onda centrados en 400 nm, 410 nm, 420 nm, …, 700 nm. Esto se hace pasando la luz reflejada a través de un dispositivo monocromático que divide la luz en intervalos de longitud de onda separados. El instrumento se calibra utilizando una placa blanca cuya reflectancia en cada longitud de onda se conoce en comparación con una superficie reflectora difusa perfecta. La reflectancia de una muestra se expresa entre 0 y 1 (en fracción) o entre 0 y 100 (en porcentaje). Es importante darse cuenta de que los valores de reflectancia obtenidos son valores relativos y, para muestras no fluorescentes, son independientes de la calidad y cantidad de luz utilizada para iluminar la muestra. Solo cuando se calculan los valores de triestímulo, como CIE XYZ, las mediciones se vuelven específicas de iluminante.
La geometría óptica del instrumento es importante. En algunos instrumentos se utiliza una esfera integradora que permite iluminar la muestra de forma difusa (desde todos los ángulos por igual) y recoger la luz reflejada en un ángulo aproximadamente perpendicular a la superficie de la muestra. Alternativamente, otros instrumentos iluminan la muestra en un cierto ángulo y recogen la luz en otro ángulo. Por ejemplo, normalmente la muestra se puede iluminar a 45 grados de la superficie y la luz reflejada se mide a 0 grados; esto se conoce como geometría 45/0. Lo contrario a esto es 0/45. Las geometrías basadas en esferas se conocen como D/0 y 0/D. Es extremadamente difícil, si no imposible, correlacionar las medidas tomadas entre instrumentos si la geometría óptica no es idéntica.
Las cuatro geometrías estándar CIE son:
* iluminación difusa y colección de luz en el normal, D/0;
* iluminación normal y captación de luz difusa, 0/D;
* iluminación a 45 grados y captación de luz a la normal, 45/0;
* iluminación normal y captación de luz a 45 grados, 0/45.
Los colorímetros miden valores de triestímulo y funcionan con tres filtros de banda ancha. En consecuencia, los colorímetros no pueden proporcionar datos de reflectancia espectral, pero históricamente han sido preferidos a los espectrofotómetros debido a su bajo costo de fabricación y portabilidad.
Cuando la luz golpea una superficie, parte de la luz penetra donde puede ser absorbida, dispersada o incluso transmitida si la capa es lo suficientemente delgada. Sin embargo, debido al cambio en el índice de refracción entre el aire y la mayoría de las sustancias, una cierta proporción de la luz incidente se refleja directamente desde la superficie. La distribución angular de esta luz depende de la naturaleza de la superficie, pero la luz que se refleja en el ángulo opuesto a la luz incidente se denomina reflectancia especular. La luz que es reflejada por la sustancia misma se llama reflectancia corporal.
Los espectrofotómetros basados en esfera a menudo incorporan una llamada trampa de brillo que permite incluir o excluir el componente especular de la luz reflejada.
Los términos fuente de luz e iluminante tienen significados precisos y diferentes. Una fuente de luz es un emisor físico de radiación, como una vela, una bombilla de tungsteno y la luz del día natural. Un iluminante es la especificación de una fuente de luz potencial. Todas las fuentes de luz se pueden especificar como iluminantes, pero no todos los iluminantes se pueden realizar físicamente como fuentes de luz.
Los iluminantes normalmente se especifican en términos de energía relativa tabulada para cada longitud de onda o banda de longitud de onda. Hay varios iluminantes que son ampliamente utilizados por la industria del color y estos incluyen A, C, D65 y TL84. Los iluminantes A y C fueron definidos por la CIE en 1931 para representar la luz de tungsteno y la luz del día natural, respectivamente. Se encontró que el iluminante C era una mala representación de la luz del día, ya que contiene energía insuficiente en las longitudes de onda más bajas y, en general, ha sido reemplazado por una clase de iluminantes conocidos como iluminantes D.
La clase D de iluminantes especifica distribuciones de energía relativas que se corresponden estrechamente con la radiación emitida por el llamado cuerpo negro. A medida que aumenta la temperatura de un cuerpo negro, hay un cambio en la radiación emitida a longitudes de onda más largas. Por lo tanto, un iluminante D específico se anota con referencia a la temperatura (en Kelvin) del cuerpo negro que más se aproxima. Por ejemplo, el iluminante D65 tiene una distribución de energía espectral que se asemeja mucho a la de un cuerpo negro a 6500K. El iluminante D65 también se parece mucho a la distribución de energía espectral relativa de la luz diurna del cielo del norte y, en consecuencia, es importante para la especificación del color en el norte de Europa. Otros iluminantes D, en particular D55, son importantes en otras partes del mundo.
Hay una serie de iluminantes que especifican fuentes de luz utilizadas en industrias específicas y, a veces, por empresas específicas. Un ejemplo de esto es el iluminante TL84.
Los datos del observador estándar de 1931 se derivaron de experimentos de combinación de colores con una disposición que significaba que los estímulos activaban un área de la retina de 2 grados. La distribución de bastones y conos no es uniforme sobre la superficie de la retina y esto implica que los valores de triestímulo obtenidos a partir de los datos de 1931 son estrictamente válidos únicamente para observaciones realizadas en condiciones de visión de 2 grados. Esto es equivalente a ver una pequeña moneda sostenida con el brazo extendido y no se corresponde particularmente bien con las condiciones de visualización que se utilizan a menudo en la industria de la coloración.
Debido a que el observador de 2 grados de 1931 no es realmente apropiado para los juicios de color visuales de campo grande, la CIE definió un segundo conjunto de funciones de observador en 1964 conocido como datos de observador suplementario basados en experimentos de combinación de colores con un campo de 10 grados. Dado que los datos de 2 grados todavía están en uso, los datos de 10 grados a menudo se diferencian de los datos originales de 1931 mediante el uso de subíndices.
A menudo existe la necesidad de una interpretación intuitiva de la especificación del color en términos de valores triestímulo. Esta es una de las razones por las que el espacio de color de color tridimensional definido por X, Y y Z a menudo se transforma y representa en términos de un diagrama de cromaticidad. Las coordenadas de cromaticidad x, y y z se derivan calculando los componentes fraccionarios de los valores triestímulo así:
x = X/(X + Y + Z)
Dado que, por definición, x + y + z = 1, si se conocen dos de las coordenadas de cromaticidad, la tercera es redundante. Por lo tanto, todos los conjuntos posibles de valores triestímulo se pueden representar en un gráfico bidimensional de dos de estas coordenadas de cromaticidad y, por convención, siempre se utilizan x e y. Un gráfico de este tipo se denomina diagrama de cromaticidad. El uso de diagramas de cromaticidad permite comprimir datos tridimensionales en datos bidimensionales, pero a un costo. Considere dos muestras A y B que tienen especificación
Muestra A: X = 10, Y = 20, Z = 30
Muestra B: X = 20, Y = 40, Z = 60
Las muestras A y B tienen coordenadas de cromaticidad idénticas pero diferentes valores de triestímulo. La diferencia entre las dos muestras es de luminancia y B probablemente parecería más brillante que A si las dos muestras se observaran juntas. Por lo tanto, una especificación completa utilizando coordenadas de cromaticidad requiere dos coordenadas de cromaticidad y uno de los valores triestímulo.
Quizás haya dos problemas con la especificación de colores en términos de valores triestímulo y espacio de cromaticidad. En primer lugar, esta especificación no se interpreta fácilmente en términos de las dimensiones psicofísicas de la percepción del color, a saber, brillo, matiz y colorido. En segundo lugar, el sistema XYZ y los diagramas de cromaticidad asociados no son perceptivamente uniformes. El segundo de estos puntos es un problema si queremos estimar la magnitud de la diferencia entre dos estímulos de color. La necesidad de un espacio de color uniforme condujo a una serie de transformaciones no lineales del espacio CIE 1931 XYZ y finalmente resultó en la especificación de una de estas transformaciones como CIE 1976 (L* a* b*) espacio de color.
De hecho en 1976 la CIE especificó dos espacios de color; uno de estos estaba diseñado para usarse con colores autoluminosos y el otro estaba diseñado para usarse con colores de superficie. Estas notas se refieren principalmente a este último conocido como CIE 1976 (L* a* b*) espacio de color o CIELAB.
CIELAB permite la sepcificación de las percepciones de color en términos de un espacio tridimensional. El l* El eje se conoce como la luminosidad y se extiende desde 0 (negro) hasta 100 (blanco). Las otras dos coordenadas a* y B* representan rojo-verdoso y amarillo-azulado respectivamente. Muestras para las que* = segundo* = 0 son acromáticos y por lo tanto la L* El eje representa la escala acromática de grises del negro al blanco.
Las cantidades L*, a*, y B* se obtienen a partir de los valores triestímulo según las siguientes transformaciones:
L* = 116(S/Sn)1/3 -16,
a* = 500[(X/Xn)1/3 – (S/Sn)1/3],
b* = 200[(S/Sn)1/3 – (Z/Zn)1/3],
donde Xn, Yn y Zn son los valores de X, Y y Z del iluminante que se utilizó para el cálculo de X, Y y Z de la muestra, y los cocientes X/Xn, Y/Yn y Z /Zn son todos mayores que 0,008856. Nota: Cuando alguno de los cocientes es menor o igual a 0,008856, se utiliza un conjunto de ecuaciones ligeramente diferente.
A menudo es conveniente considerar un solo corte a través del espacio de color a L constante*. Aunque es posible representar un punto en el a*-b* plano por sus coordenadas cartesianas a* y B* a menudo es mejor especificar las coordenadas polares C* y H*.
Es peligroso intentar interpretar la diferencia de color cualitativa entre dos muestras usando el a* b* representación. Por ejemplo, aunque el a* eje es el eje rojo, una muestra con una gran a* el valor no aparecería necesariamente más rojo que una muestra con una menor a* valor. El tono no se define únicamente por un* o b*. El uso de C* y H* conduce a una representación más intuitiva del color.
Color Diferencia Evaluación
CIE 1976 (L* a* b*) el espacio de color proporciona una representación tridimensional para la percepción de estímulos de color. Si dos puntos en el espacio, que representan dos estímulos, son coincidentes, la diferencia de color entre los dos estímulos es cero. A medida que aumenta la distancia en el espacio entre dos puntos, es razonable suponer que la diferencia de color percibida entre los estímulos que representan los dos puntos aumenta en consecuencia. Por lo tanto, una medida de la diferencia de color entre dos estímulos es la distancia euclidiana ΔE* entre los dos puntos en el espacio tridimensional.
Desafortunadamente, varias evaluaciones de CIELAB han demostrado que ΔE* no es una medida particularmente buena de la magnitud de la diferencia de color perceptual entre dos estímulos. La capacidad relativamente pobre de ΔE* para predecir la magnitud de las diferencias de color perceptuales ha dado lugar a formas más complicadas de calcular una diferencia de color a partir de las coordenadas CIELAB de dos muestras y se ha demostrado que algunas de estas medidas son más fiables que ΔE*.
El l* C* H* la representación es útil si se requieren diferencias cualitativas de color. Las diferencias se pueden calcular así:
ΔL* = L*btx – L*estándar,
ΔC*= C*btx – C*estándar
ΔH*= {(Δa*)2 + (Δb*)2 – (ΔC*)2}1/2
donde los subíndices std y btx se refieren a estándar y lote respectivamente.
Si ΔL* es positivo el lote es más ligero que el estándar, pero si ΔL* es negativo el lote es más oscuro que el estándar.
Si ΔC* es positivo, el lote es más fuerte que el estándar, pero si ΔC* es negativo, el lote es más débil que el estándar.
El descriptor de matiz es más difícil de determinar: la dirección radial en el matiz desde el estándar hasta el lote se usa para dar dos descriptores de matiz (p. ej., más rojo/más amarillo): los descriptores se derivan de los dos primeros ejes que se cruzan en el a *-b* plano del espacio de color al pasar del estándar al lote en la dirección del matiz.
El término ΔE se deriva de la palabra alemana para sensación Empfindung. Por lo tanto, ΔE significa literalmente diferencia en la sensación. El asterisco en superíndice a veces se usa para indicar una diferencia CIELAB, por lo tanto, ΔE*.
Se establece que la ecuación de diferencia de color CIELAB es inadecuada para muchos propósitos: tamaños iguales de ΔE* corresponden a diferentes diferencias perceptivas en color. Hay pruebas sólidas que demuestran que la mayoría de las ecuaciones optimizadas modernas (como CMC, M&S, BFD y CIE 94) son más uniformes que CIELAB. Sin embargo, no está claro si alguna de estas nuevas ecuaciones es significativamente mejor que las otras. La ecuación CMC es una norma británica (BS 6923) y se considera una norma ISO.
La fórmula de diferencia de color de CMC permite el cálculo de elipsoides de tolerancia alrededor del estándar objetivo donde las dimensiones del elipsoide son una función de la posición en el espacio de color del objetivo. El diseño de esta fórmula permite dos coeficientes definibles por el usuario, l y c, por lo que la fórmula normalmente se especifica como CMC(l:c). Los valores de l y c modifican la importancia relativa que se da a las diferencias de luminosidad y croma respectivamente. Se ha demostrado que la versión CMC(2:1) de la fórmula es útil para estimar la aceptabilidad de las evaluaciones de diferencia de color.
La ecuación CMC(2:1) es una norma británica (BS:6923) para la evaluación de pequeñas diferencias de color y actualmente se considera una norma ISO.
Un refinamiento de la fórmula CMC condujo a la introducción de la fórmula BFD. Investigaciones recientes sugieren que la ecuación BFD funciona marginalmente mejor que la ecuación CMC.
La CIE ha considerado recientemente una simplificación de la ecuación CMC(l:c). Es demasiado pronto para afirmar si esta nueva ecuación, a veces denominada ecuación de diferencia de color CIE 94, es significativamente mejor que su predecesora.
En la década de 1980, Marks & Spencer, junto con Instrumental Color Systems, desarrolló sus propias ecuaciones internas que se utilizan en la industria textil. La investigación muestra que hay poco para elegir entre las ecuaciones CMC y M&S en términos de rendimiento general. El hecho de que las ecuaciones de M&S nunca hayan sido publicadas ha restringido su uso.
El límite de aprobación/rechazo depende de la ecuación que se utilice, pero lo que es más importante, también depende de la aplicación. El valor correcto de aprobación/rechazo solo se puede determinar a partir de la experiencia; pragmáticamente, el límite correcto de aprobación/rechazo es tal que el cliente aceptará todos los pares de muestras con una diferencia de color inferior a este límite.
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La constancia del color es el fenómeno por el que la mayoría de las superficies de color parecen conservar su aspecto aproximado a la luz del día incluso cuando se ven bajo fuentes de luz que difieren notablemente de la luz del día. la constancia del color es sorprendente ya que la distribución espectral de la luz que ingresa al ojo desde una superficie puede variar notablemente de una fuente de luz a otra. Sin embargo, el fenómeno de la constancia del color es solo aproximado y las superficies no conservan los colores de la luz del día cuando se ven bajo ciertas fuentes de luz fluorescente o cuando se ven bajo radiación monocromática. Ciertas superficies parecen cambiar notablemente de una fuente de luz a otra y se dice que tales superficies carecen de constancia de color; este fenómeno no debe confundirse con el metamerismo que es un fenómeno asociado con al menos dos muestras.
El metamerismo se refiere a la situación en la que dos muestras de color parecen coincidir en una condición pero no en otra; se dice que el partido es condicional. El metamersim generalmente se analiza en términos de dos iluminantes (metamerismo de iluminantes), por lo que dos muestras pueden coincidir bajo un iluminante pero no bajo otro. Otros tipos de metamerismo incluyen el metamerismo geométrico y el metamerismo del observador. Se dice que dos muestras que coinciden condicionalmente son un par metamérico. Si dos muestras tienen espectros de reflectancia idénticos, no pueden ser metaméricas: son una coincidencia incondicional.
La blancura es un fenómeno perceptivo complejo que depende no solo de la luminancia de una muestra sino también de la cromaticidad. Para promover la uniformidad de la práctica en la evaluación de la blancura, la CIE ha recomendado que se utilice la fórmula para la blancura, W o W10, para las comparaciones de la blancura de las muestras evaluadas para el Iluminante estándar CIE D65:
W = Y + 800(xn – x) + 1700(yn – y),
o
W10 = Y + 800(xn,10 – x10) + 1700(yn,10 – y10),
donde xn e yn se refieren a las cromaticidades del iluminante (D65), y el subíndice 10 distingue los datos del observador de 10 grados de los datos de 2 grados.
Cuanto mayor sea el valor de W o W10, mayor será la blancura: sin embargo, las fórmulas solo son válidas para muestras que comercialmente se considerarían blancas y dentro de ciertas otras restricciones.
Si la medición de la blancura es importante, y si las muestras pueden ser fluorescentes, entonces es muy importante que la fuente de luz en el espectrofotómetro se aproxime mucho al iluminante D65.
La absorción preferencial de luz en la región de longitud de onda corta (380-440nm) por una sustancia nominalmente blanca generalmente provoca una apariencia amarillenta. A lo largo de los años se han desarrollado varias escalas de amarilleo.
Debe tenerse en cuenta que un espectrofotómetro (o un colorímetro) promedia espacialmente la luz reflejada por una muestra: por lo tanto, es posible que una muestra gris uniforme y una muestra de tablero de ajedrez en blanco y negro puedan dar lugar a mediciones idénticas. El sistema CIE está estrictamente limitado a la medición de estímulos de color uniformes.
Los dispositivos de cámaras digitales en color están comenzando a usarse para la medición del color, especialmente para muestras texturizadas. Miden el color en muchos miles de ubicaciones espaciales en la muestra, pero actualmente proporcionan una resolución y precisión del color relativamente bajas.
Existe una necesidad cada vez mayor de poder comunicar el color de un dispositivo (como una pantalla VDU) a otro (como una impresora a color) sin perder la fidelidad del color. Una forma de lograr esto es calibrar todos los dispositivos en términos de un espacio de color independiente del dispositivo. La industria está adoptando la especificación de color CIE como un espacio independiente del dispositivo.